Um esforço colaborativo entre a Universidade de Córdoba e o Instituto Max Planck de Pesquisa de Estado Sólido (Alemanha) avança no projeto de uma bateria solar feita de um material abundante, não tóxico e facilmente sintetizado composto de nitreto de carbono 2D. O trabalho foi publicado na revista Advanced Energy Materials .

A energia solar está em alta. A melhoria da capacidade da tecnologia solar para captar o máximo de luz possível, convertê-la em energia e disponibilizá-la para satisfazer as necessidades energéticas é fundamental na transição ecológica para uma utilização mais sustentável das fontes de energia.

No processo entre a coleta de luz pela célula solar e o uso sob demanda de energia por eletrodomésticos, por exemplo, o armazenamento desempenha um papel crucial, pois a disponibilidade de energia solar tem uma intermitência inerente.

Para facilitar este processo de armazenamento e fazer face a problemas como o impacto ambiental da extração, reciclagem ou escassez de alguns dos materiais necessários às baterias convencionais (como o lítio), nasceu o conceito de “bateria solar”. As baterias solares combinam as células solares que captam a luz com o armazenamento de sua energia em um único dispositivo, que permite que a energia seja usada quando necessário.

Alberto Jiménez-Solano, pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Córdoba, juntamente com uma equipe do Instituto Max Planck de Pesquisa de Estado Sólido (Stuttgart, Alemanha), realizou um estudo no qual explorou as características de design de uma bateria solar feita de um material à base de nitreto de carbono 2D.

“No grupo da professora Bettina V. Lotsch, no Instituto Max Planck, eles conseguiram sintetizar um material capaz de absorver luz e armazenar essa energia para uso posterior sob demanda”, explica Alberto Jiménez-Solano, “e nos ocorreu use-o para criar uma bateria solar.”

Para isso, a equipe primeiro precisou encontrar uma forma de depositar uma fina camada daquele material [2D nitreto de carbono de potássio, poli(heptazina imida), K-PHI], criando uma estrutura estável para iniciar a fabricação de um dispositivo fotovoltaico, devido à o fato de o material ser normalmente encontrado na forma de pó ou em suspensões aquosas de nanopartículas.

Esse trabalho anterior permitiu-lhes agora apresentar este projeto de bateria solar, onde, combinando simulações óticas e experimentos fotoeletroquímicos, eles são capazes de explicar as características de alto desempenho deste dispositivo na captação de luz solar e armazenamento de energia.

A estrutura física do dispositivo consiste em “um vidro de alta transparência, que possui um revestimento condutivo transparente (para permitir o transporte de carga), e uma série de camadas de materiais semitransparentes (com diferentes funcionalidades), e outro vidro condutivo que fecha o circuito”, afirma a pesquisa.

É essencialmente uma espécie de sanduíche feito de várias camadas cujas espessuras foram estudadas para maximizar o nível de absorção e armazenamento de luz. Nesse caso, o sistema proposto pode absorver a luz em ambos os lados, pois é semitransparente.

A equipe descobriu que a iluminação traseira tinha certas vantagens; algo que eles conseguiram elucidar “criando um desenho teórico inicial de acordo com as restrições experimentais”, já que este projeto de ciência básica não ficará apenas no papel, mas também explorará os limites experimentais, chegando a designs viáveis ​​para essas baterias solares.

Este dispositivo apresentaria grande versatilidade, pois possibilitaria tanto a obtenção de uma corrente grande e pontual (como a necessária para o flash fotográfico), quanto de uma corrente menor, que poderia ser sustentada ao longo do tempo (como a necessária para um telemóvel).

Este projeto demonstra o desempenho deste dispositivo, feito de um material inofensivo, abundante, ambientalmente sustentável (extraído da uréia) e fácil de sintetizar. Os próximos passos passam por continuar a estudar o seu funcionamento em diversas situações fora do laboratório, adaptando-o às diferentes possibilidades e necessidades de fabrico.

Mais informações: Andreas Gouder et al, Bridging the Gap between Solar Cells and Batteries: Optical Design of Bifunctional Solar Batteries Based on 2D Carbon Nitretes, Advanced Energy Materials (2023). DOI: 10.1002/aenm.202300245

Informações do jornal: Advanced Energy Materials

Fonte: Techxplore
Disponível em: https://techxplore.com/news/2023-07-solar-batteries-material-simultaneously-absorb.html